化工學(xué)院袁申富課題組生物質(zhì)熱解制氫氣研究成果在International Journal of Energy Research和Fuel上發(fā)表
能源和環(huán)境的和諧發(fā)展是社會進步的必然趨勢，構(gòu)建清潔低碳且安全高效的能源及化工體系是新時代削弱負環(huán)境效應(yīng)和能源發(fā)展的重要措施。生物質(zhì)不僅是一種重要的可再生資源，也是一種碳中性的載體。創(chuàng)新、高效、綠色、經(jīng)濟地開發(fā)生物質(zhì)資源，對實現(xiàn)“碳中和”具有非常重要且不可替代的推動作用。我國每年氫氣產(chǎn)量約2500萬噸，占全球總產(chǎn)量40%以上，年產(chǎn)值超過1200億元。超過95%的氫氣生產(chǎn)主要依靠化石資源，其中煤制氫是當(dāng)前最為經(jīng)濟的制氫途徑，但會排放大量的溫室氣體，對環(huán)境造成污染，而生物質(zhì)制氫在整個節(jié)能減排過程中發(fā)揮著重要作用。
首先我們探究催化劑在固定床中對生物質(zhì)熱解制備富氫合成氣的影響效果，發(fā)現(xiàn)催化劑失活嚴(yán)重，然后我們以生物質(zhì)原位催化熱解的半焦作為重整的催化劑進行研究，Fe-char存在下，對小麥秸稈熱解過程中催化劑失活機理進行探索。溫度從600℃到1000℃，重油產(chǎn)率6.73%明顯下降到2.15%。且在900℃時富氫氣體產(chǎn)率達到381.08ml/g。熱解過程中：積碳的形成→積碳被消耗→Fe-char催化劑載體氣化。在催化劑循環(huán)過程中，如積碳的形成速率大于消耗速率，則積碳量增加;如積碳的消耗速率大于其形成速率，則積碳量下降。蒸汽重整過程中，生物油被吸附在載體和金屬顆粒表面，經(jīng)過一系列反應(yīng)，形成氣體和小分子。同時，載體不可避免地會與覆蓋其表面的生物油發(fā)生反應(yīng)，這也是催化劑質(zhì)量下降的原因。
物質(zhì)進行原位催化熱解促進其富氫氣體增加，輕質(zhì)芳烴類化合物提高，但催化劑和生物質(zhì)中的礦物質(zhì)反應(yīng)導(dǎo)致催化劑易失活，難回收，且副產(chǎn)物H2O和CO2的產(chǎn)率也隨催化劑負載量的增加而升高，原位催化熱解不是解決生物質(zhì)熱解瓶頸問題的有效方法，生物質(zhì)熱解揮發(fā)分多段重整是下一步攻關(guān)的重點。
相關(guān)成果以“Study of Fe-Ni-Mg catalytic activities for hydrogen-rich gas production from biomass pyrolysis”和“Coking behavior and syngas composition of the char supported Fe catalyst of biomass pyrolysis volatiles reforming”為題發(fā)表在能源化工領(lǐng)域國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊International Journal of Energy Research和Fuel上。論文的第一作者為博士生魯秋香，碩士生張旭，通訊單位為云南大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金（21968037）以及云南省科技廳面上項目（2019FB132）的資助。
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